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DE102016004775A1 - Servo controller having function for obtaining frequency characteristics of a machine online - Google Patents

Servo controller having function for obtaining frequency characteristics of a machine online Download PDF

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DE102016004775A1
DE102016004775A1 DE102016004775.5A DE102016004775A DE102016004775A1 DE 102016004775 A1 DE102016004775 A1 DE 102016004775A1 DE 102016004775 A DE102016004775 A DE 102016004775A DE 102016004775 A1 DE102016004775 A1 DE 102016004775A1
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speed
frequency
input
control loop
output
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Fanuc Corp
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Abstract

Eine Servosteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Drehzahlbefehlsgenerator, einen Drehmomentbefehlsgenerator, einen Drehzahldetektor zum Erfassen der Drehzahl eines Servomotors, einen Drehzahlregelkreis, der den Drehzahlbefehlsgenerator, den Drehmomentbefehlsgenerator und den Drehzahldetektor umfasst, eine Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung zum Durchführen eines Sinus-Sweep am Drehzahlregelkreis und eine Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung zum Schätzen der Verstärkung und Phase von Drehzahlregelkreis-Eingangs- und Ausgangssignalen anhand des Ausgangs des Drehzahlregelkreises, wenn eine sinusförmige Störung in diesen eingegeben wird. Die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung drückt den Ausgang des Drehzahlregelkreises als Fourier-Reihe mit einer beliebigen Anzahl Glieder aus, wobei eine Störungseingangsfrequenz als Grundfrequenz verwendet wird, und berechnet die Amplitude und Phase einer Grundkomponente der Fourier-Reihe, um die Frequenzcharakteristika online zu berechnen.A servo control apparatus according to the present invention comprises a speed command generator, a torque command generator, a speed detector for detecting the speed of a servomotor, a speed control loop including the speed command generator, the torque command generator and the speed detector, sine sweep input means for performing a sine sweep on the speed control loop and frequency characteristic calculating means for estimating the gain and phase of speed loop input and output signals from the output of the speed control loop when a sinusoidal disturbance is input thereto. The frequency characteristic calculator expresses the output of the speed control loop as a Fourier series with an arbitrary number of terms using a disturbance input frequency as the fundamental frequency, and calculates the amplitude and phase of a fundamental component of the Fourier series to calculate the frequency characteristics on-line.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servosteuervorrichtung und insbesondere eine Servosteuervorrichtung mit einer Funktion zum Erhalten eines Frequenzgangs eines Steuersystems online unter Verwendung der Fourier-Reihe.The present invention relates to a servo control apparatus, and more particularly to a servo control apparatus having a function of obtaining a frequency response of a control system online using the Fourier series.

2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik2. Description of the Related Art

Es wurden zahlreiche das Messen der Frequenzcharakteristika eines Steuersystems einer Servosteuervorrichtung betreffende Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen und beim Messen der Übertragungscharakteristika einer Vorschubachse einer Werkzeugmaschine häufig verwendet. Im Allgemeinen wird eine Antwortschwingung gemessen, während ein Schwingungserzeuger eine Schwingung wirkungsvoll auf ein Analyseobjekt anwendet (während des Anwendens eines Frequenzdurchlaufs). Nachdem Zeitreihendaten derselben in einem Massenspeicher aufgezeichnet worden sind, wird unter Verwendung verschiedener Signalverarbeitungstechniken eine Frequenztransferfunktion erhalten. Bei vereinfachten Messungen wird ein Aktor selbst als Schwingungserzeuger verwendet und eine Antwortschwingung gemessen, aufgezeichnet und einer Signalverarbeitung unterzogen. Bei elektrischen Schaltungen und optischen Systemen wird eine Schwingungserzeugerschaltung verwendet.Numerous devices and methods for measuring the frequency characteristics of a control system of a servo control device have been proposed and frequently used in measuring the transmission characteristics of a feed axis of a machine tool. In general, a response vibration is measured while a vibrator is effectively applying a vibration to an analysis object (while applying a frequency sweep). After time series data thereof has been recorded in a mass memory, a frequency transfer function is obtained using various signal processing techniques. In simplified measurements, an actuator itself is used as a vibrator, and a response vibration is measured, recorded and subjected to signal processing. In electrical circuits and optical systems, a vibrator circuit is used.

Es wurde aktiv eine Technologie zum Verstehen der Resonanzcharakteristika eines Objekts durch Aufzeichnen und Analysieren von Zeitreihendaten entwickelt (z. B. ”System Identification for Control by MATLAB”, verfasst von Shuichi Adachi, veröffentlicht 1996 von Tokyo Denki University Press, Seiten 69–88 , nachstehend als ”Nicht-Patentliteratur 1” bezeichnet). Wie in der Nicht-Patentliteratur 1 beschrieben, gehört das vorstehende Verfahren zum Berechnen eines Frequenzgangs zur ”nichtparametrischen Identifikation”, die auf der Fourier-Transformation der Zeitreihendaten basiert. Als Verfahren zur ”parametrischen Identifikation”, das als Online- oder Inline-Schätzung (sequentielle Schätzung) bezeichnet wird, existiert ein Normierte-Gradienten-Verfahren, das sich unter Verwendung eines DSP (digitalen Signalprozessors) leicht umsetzen lässt (z. B. ”System Identification for Control by MATLAB”, verfasst von Shuichi Adachi, veröffentlicht 1996 von Tokyo Denki University Press, Seiten 89–114 und 115–151 ). Diese Verfahren sind im Prinzip darauf gerichtet, die Frequenzcharakteristika im Laufe oder als Ergebnis einer Anpassung an ein lineares Regressionsmodell zu erhalten.A technology has been actively developed for understanding the resonance characteristics of an object by recording and analyzing time-series data (e.g. System Identification for Control by MATLAB, written by Shuichi Adachi, published in 1996 by Tokyo Denki University Press, pages 69-88 , hereinafter referred to as "Non-Patent Literature 1"). As described in Non-Patent Literature 1, the above method is for calculating a frequency characteristic for "nonparametric identification" based on the Fourier transform of the time-series data. As a method of "parametric identification", referred to as online or in-line estimation (sequential estimation), there exists a normalized gradient method that can be easily implemented using a DSP (Digital Signal Processor) (e.g. System Identification for Control by MATLAB, written by Shuichi Adachi, published in 1996 by Tokyo Denki University Press, pages 89-114 and 115-151 ). These methods are, in principle, designed to obtain the frequency characteristics in the course or as a result of adaptation to a linear regression model.

Ein nichtparametrisches Messverfahren der Frequenzcharakteristika, das auf einen allgemeinen geschlossenen Regelkreis angewandt wird, und ein vereinfachtes Messverfahren, das die Notwendigkeit des Bereitstellens eines Spektrumanalysators beseitigt, sind bekannt (z. B. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 59-226907 , nachstehend als ”Patentliteratur 1” bezeichnet). Wie in der Patentliteratur 1 beschrieben, verwenden herkömmliche Messverfahren der Frequenzcharakteristika die Fourier-Transformation mittels eines Spektrumanalysators.A nonparametric measurement method of the frequency characteristics applied to a general closed-loop control and a simplified measuring method which eliminates the need for providing a spectrum analyzer are known (e.g., Unexamined Japanese Patent Publication (Kokai) No. 59-226907 , hereinafter referred to as "Patent Literature 1"). As described in Patent Literature 1, conventional frequency characteristic measuring methods use the Fourier transform by means of a spectrum analyzer.

Es ist außerdem eine Anwendung bekannt, bei der die Messung der Frequenzcharakteristika unter Verwendung der Fourier-Transformation für eine Werkzeugmaschine verwendet wird (z. B. japanisches Patent Nr. 5302639 , nachstehend als ”Patentliteratur 2” bezeichnet). Die Patentliteratur 2 beschreibt eine Werkzeugmaschinensteuervorrichtung, die basierend auf der Berechnung der Frequenzcharakteristika mittels eines Sinus-Sweep-Verfahrens eine Kompensationsschaltung regelt. Die Frequenzcharakteristika werden vor dem tatsächlichen Betrieb der Werkzeugmaschine berechnet (siehe Absatz [0031] von Patentliteratur 2).There is also known an application in which the measurement of the frequency characteristics using the Fourier transform is used for a machine tool (e.g. Japanese Patent No. 5302639 , hereinafter referred to as "Patent Literature 2"). Patent Literature 2 describes a machine tool control apparatus which controls a compensation circuit based on the calculation of the frequency characteristics by means of a sine sweep method. The frequency characteristics are calculated before the actual operation of the machine tool (see paragraph [0031] of Patent Literature 2).

Es wurden Verfahren vorgeschlagen, die die Fourier-Transformation nicht verwenden (z. B. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-020522 und Nr. 11-326411 , nachstehend als ”Patentliteratur 3” bzw. ”Patentliteratur 4” bezeichnet). Bei diesen Verfahren wird die Zeitdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen direkt gemessen, um eine Phasenverzögerung zu erhalten. Die Patentliteratur 3 offenbart ein Messverfahren zum Berechnen der Frequenzcharakteristika durch eine Gleichstromerfassung eines Ausgangs und eine Nulldurchgangserfassung beim Analysieren des Ausgangssignals eines Übertragungswegs bezüglich eines Sinuswelleneingangs und ein Verfahren zum Erhalten einer Phase unter Verwendung eines Zeitmessmoduls. Die Patentliteratur 4 offenbart ein Frequenzcharakteristik-Messgerät, das die Frequenzcharakteristika mittels einer Sequenzsteuerung sequentiell misst. Bei einer Frequenzumschaltung wird unter Verwendung von Messparametern, die eine Gruppenverzögerungszeit und eine zulässige Toleranz umfassen, eine Wartezeit zur Datenabtastung bereitgestellt.Methods have been proposed that do not use the Fourier transform (eg unchecked Japanese Patent Publication (Kokai) No. 2004-020522 and no. 11-326411 hereinafter referred to as "Patent Literature 3" and "Patent Literature 4", respectively). In these methods, the time difference between input and output signals is measured directly to obtain a phase delay. Patent Literature 3 discloses a measuring method for calculating the frequency characteristics by DC-detecting an output and zero-crossing detection in analyzing the output of a transmission path with respect to a sine-wave input, and a method of obtaining a phase using a timing module. Patent Literature 4 discloses a frequency characteristic measuring apparatus that sequentially measures the frequency characteristics by means of a sequence controller. In a frequency switching, a wait time for data sampling is provided using measurement parameters including a group delay time and an allowable tolerance.

Es wurde ein Verfahren zum Erhalten einer Frequenztransferfunktion durch Ändern komplexer Fourier-Koeffizienten in Vektoren vorgeschlagen (z. B. japanisches Patent Nr. 3626858 , nachstehend als ”Patentliteratur 5” bezeichnet). Dieses Verfahren ist in Bezug auf das Ermöglichen von Analysen einer Schwingung bedeutungsvoll, die Oberschwingungen enthält. Die Patentliteratur 5 offenbart, dass komplexe Fourier-Koeffizienten einer Oberschwingungen enthaltenden Beobachtungsschwingung an einer Schwingungsachse eines Mehr-Achsen-Schwingungstisches berechnet werden und die Transferfunktion des Schwingungstisches anhand der Vektoren der Fourier-Koeffizienten geschätzt wird, und ein Schwingungsanalyseverfahren in einem Fall, in dem ein Aktor eine Schwingung auf ein System anwendet, bei dem ein Beschleunigungsmesser am Schwingungstisch angebracht ist. Die in der Patentliteratur 5 beschriebene Erfindung betrifft ursprünglich ein Schwingungstischsystem, in dem ein Probestück befestigt wird. Der Schwingungstisch soll die Festigkeit des Probestücks testen und eine Wellenformverzerrungssteuervorrichtung stellt eine Schwingungsreproduktionseinrichtung dar. Das Schwingungstischsystem ist kein Steuersystem zur Positionierung, das einen Elektromotor verwendet. A method has been proposed for obtaining a frequency transfer function by changing complex Fourier coefficients in vectors (e.g. Japanese Patent No. 3626858 hereinafter referred to as "Patent Literature 5"). This method is meaningful in terms of enabling analyzes of a vibration containing harmonics. Patent Literature 5 discloses that complex Fourier coefficients of a harmonics-containing observation vibration are calculated on a vibration axis of a multi-axis vibration table and the transfer function of the vibration table is estimated from the vectors of the Fourier coefficients, and a vibration analysis method in a case where a Actuator applies a vibration to a system where an accelerometer is attached to the vibration table. The invention described in Patent Literature 5 originally relates to a vibrating table system in which a specimen is attached. The vibrating table is to test the strength of the specimen, and a waveform distortion control device is a vibration reproducing device. The oscillation table system is not a positioning control system using an electric motor.

Die Verwendung der Verfahren, die das Aufzeichnen der Zeitreihendaten erfordern, wie in der Patentliteratur 1 und 2 beschrieben, ermöglicht es, die Frequenzcharakteristika unter Verwendung der Fourier-Transformation genau zu erhalten. Die schnelle Fourier-Transformation wird durch ein Verfahren umgesetzt, das als Schmetterlingsberechnung bezeichnet wird. Ein Spektrumanalysator, wie etwa ein Oszilloskop, wird mit einem geeigneten flüchtigen Speicherbereich und einer Schmetterlingsschaltung ausgestattet. Dies ermöglicht es, die Fourier-Transformation leicht in Echtzeit umzusetzen. Die Steuerperiode der digitalen Servosteuerung hängt jedoch stark von der PWM-Steuerperiode eines Servoverstärkers ab, der einen Motor antreibt. Daher wird die Servosteuerperiode unter einer Betriebsgeschwindigkeitsbeschränkung eines in den Verstärker eingebauten Leistungsgeräts bestimmt. Aufgrund der Wärmeerzeugung durch das Leistungsgerät kann die Servosteuerperiode nicht so kurz sein. Aufgrund der Wärmeerzeugung durch einen Steuer-DSP selbst kann eine Taktgeschwindigkeit des DSP nicht so hoch sein. Aus diesen Gründen ist es schwierig, nur durch für die Servosteuerung installierte Software die schnelle Fourier-Transformation in Echtzeit umzusetzen.The use of the methods requiring the recording of the time-series data as described in Patent Literature 1 and 2 makes it possible to accurately obtain the frequency characteristics using the Fourier transform. The fast Fourier transform is implemented by a method called butterfly calculation. A spectrum analyzer, such as an oscilloscope, is equipped with a suitable volatile memory area and a butterfly circuit. This makes it possible to easily translate the Fourier transform in real time. However, the control period of the digital servo control largely depends on the PWM control period of a servo amplifier which drives a motor. Therefore, the servo control period is determined under an operating speed limit of a power device built in the amplifier. Due to the heat generation by the power device, the servo control period can not be so short. Due to the heat generation by a control DSP itself, a clock speed of the DSP can not be so high. For these reasons, it is difficult to realize the fast Fourier transformation in real time only by software installed for the servo control.

Die Verfahren, die die Fourier-Transformation nicht verwenden, wie in der Patentliteratur 3 und 4 beschrieben, ermöglichen angesichts des Umfangs der Berechnungen und des Speicherverbrauchs eine Berechnung der Frequenzcharakteristika online. Die Verfahren jedoch, die die Nulldurchgangserfassung ”direkt” durchführen und die Verzögerungszeit der Zeitreihendaten messen, können die Frequenzcharakteristika nicht mit hoher Genauigkeit berechnen. Bei der Maschinenvorschubachse wird häufig eine nichtlineare Schwingung (als selbsterregte Ratterschwingung und dergleichen bezeichnet) auffällig. Bei einem solchen System werden aufgrund der prominenten integralen mehreren Oberschwingungen die Frequenzcharakteristika erhalten, die sich von den tatsächlichen Resonanzcharakteristika unterscheiden.The methods which do not use the Fourier transform as described in Patent Literatures 3 and 4 allow computing the frequency characteristics online in view of the amount of calculations and memory consumption. However, the methods which perform the zero-crossing detection "directly" and measure the delay time of the time-series data can not calculate the frequency characteristics with high accuracy. In the machine feed axis, a nonlinear vibration (called a self-excited chatter vibration and the like) is often conspicuous. In such a system, due to the prominent integral multiple harmonics, the frequency characteristics different from the actual resonance characteristics are obtained.

Die Patentliteratur 5 schlägt ein Verfahren zum genauen Berechnen der Frequenzcharakteristika in einem nichtlinearen System mit solchen Oberschwingungen vor. Die Fourier-Reihe, die kein kontinuierliches Spektrum, sondern ein diskretes Spektrum erzielt, ist aufgrund der einfachen Umsetzung mit einer Beschränkung hinsichtlich einer beliebigen Anzahl Glieder zur Online-Berechnung der Frequenzcharakteristika geeignet. Der in der Patentliteratur 5 beschriebene Vorschlag betrifft jedoch ein Verfahren zum Konfigurieren der Vorrichtung dafür, die Festigkeit eines Objekts zu bestimmen, betrifft jedoch nicht den Aufbau und die Steuerung zur Positionierung einer Werkzeugmaschine. Die Patentliteratur 5 schlägt lediglich ein Kompensationselement zum Reproduzieren eines Zeitreihensignals vor, schlägt jedoch weder ein Verfahren zum Berechnen der Frequenzcharakteristika noch ein Messverfahren für wesentliche Steuercharakteristika vor.Patent Literature 5 proposes a method for accurately calculating the frequency characteristics in a nonlinear system having such harmonics. The Fourier series, which does not achieve a continuous spectrum but a discrete spectrum, is suitable for the on-line calculation of the frequency characteristics due to the simple implementation with a limitation on any number of terms. However, the proposal described in Patent Literature 5 relates to a method of configuring the apparatus for determining the strength of an object, but does not relate to the structure and control for positioning a machine tool. Patent Literature 5 proposes only a compensation element for reproducing a time-series signal, but proposes neither a method for calculating the frequency characteristics nor a measuring method for substantial control characteristics.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Servosteuervorrichtung bereitzustellen, die mittels eines Schwingungstests, der unter Verwendung eines an der Vorschubachse angebrachten Motors leicht durchführbar ist, zu einer Online-Messung der Frequenzcharakteristika einer Vorschubachse mit hoher Genauigkeit und in Echtzeit fähig ist.An object of the present invention is to provide a servo control apparatus which is capable of on-line measurement of the frequency characteristics of a feed axis with high accuracy and in real time by means of a vibration test which is easily performed using a motor mounted on the feed axis.

Eine Servosteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer durch einen Servomotor angetriebenen Vorschubachse. Die Servosteuervorrichtung umfasst einen Drehzahlbefehlsgenerator zum Erzeugen eines Drehzahlbefehlswerts für den Servomotor, einen Drehmomentbefehlsgenerator zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlswerts für den Servomotor, einen Drehzahldetektor zum Erfassen der Drehzahl des Servomotors, einen Drehzahlregelkreis, der den Drehzahlbefehlsgenerator, den Drehmomentbefehlsgenerator und den Drehzahldetektor umfasst, eine Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung zum Durchführen eines Sinus-Sweep am Drehzahlregelkreis und eine Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung zum Schätzen der Verstärkung und Phase von Drehzahlregelkreis-Eingangs- und Ausgangssignalen anhand des Ausgangs des Drehzahlregelkreises, wenn eine sinusförmige Störung in den Drehzahlregelkreis eingegeben wird. Die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung drückt den Ausgang des Drehzahlregelkreises als Fourier-Reihe mit einer beliebigen Anzahl Glieder aus, wobei eine Störungseingangsfrequenz der Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung als Grundfrequenz verwendet wird, und berechnet die Amplitude und Phase einer Grundkomponente der Fourier-Reihe, um die Frequenzcharakteristika online zu berechnen.A servo control apparatus according to an embodiment of the present invention is a control apparatus for a machine tool having a servo axis driven feed axis. The servo control apparatus includes a speed command generator for generating a speed command value for the servo motor, a torque command generator for generating a servo motor torque command value, a speed detector for detecting the speed of the servomotor, a speed control loop including the speed command generator, the torque command generator and the speed detector, a sine sweep Input device for performing a sine sweep on the speed control circuit and frequency characteristic calculating means for estimating the gain and phase of speed control loop input and output signals from the output of the speed control loop when a sinusoidal disturbance is input to the speed control loop. The frequency characteristic calculator expresses the output of the speed control loop as a Fourier series with an arbitrary number of terms using a noise input frequency of the sine sweep input as the fundamental frequency, and calculates the amplitude and phase of a fundamental component of the Fourier series by the frequency characteristics to calculate online.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genauer hervor. Es zeigt:The objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of an embodiment taken in conjunction with the accompanying drawings. It shows:

1 ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; 1 10 is a block diagram illustrating the configuration of a servo control apparatus according to the embodiment of the present invention;

2 eine Zeichnung, die die Wellenform eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals eines Drehzahlregelkreises in der Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; 2 12 is a drawing showing the waveform of an input signal and an output signal of a speed control circuit in the servo control apparatus according to the embodiment of the present invention;

3 eine Zeichnung, die die Wellenform des Eingangssignals und des Ausgangssignals des Drehzahlregelkreises vor und nach einer Aktualisierung einer Frequenz und eine Energievariation auf periodischer Basis in der Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und 3 Fig. 12 is a drawing showing the waveform of the input signal and the output signal of the speed control circuit before and after update of a frequency and periodic-based power variation in the servo control apparatus according to the embodiment of the present invention; and

4 ein Flussdiagramm, das das Betriebsverfahren der Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. 4 5 is a flowchart explaining the operation method of the servo control apparatus according to the embodiment of the present invention.

Genaue Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Eine Servosteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Servosteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Servosteuervorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer durch einen Servomotor angetriebenen Vorschubachse und umfasst einen Drehzahlbefehlsgenerator 1 zum Erzeugen eines Drehzahlbefehlswerts für einen Servomotor 20, einen Drehmomentbefehlsgenerator 2 zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlswerts für den Servomotor 20, einen Drehzahldetektor 3 zum Erfassen der Drehzahl des Servomotors 20, einen Drehzahlregelkreis 4, der aus dem Drehzahlbefehlsgenerator 1, dem Drehmomentbefehlsgenerator 2 und dem Drehzahldetektor 3 besteht, eine Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung 5 zum Durchführen eines Sinus-Sweep am Drehzahlregelkreis 4 und eine Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 zum Schätzen der Verstärkung und Phase von Drehzahlregelkreis-Eingangs- und Ausgangssignalen anhand des Ausgangs des Drehzahlregelkreises 4, wenn eine sinusförmige Störung in den Drehzahlregelkreis 4 der Servosteuervorrichtung 100 eingegeben wird. Die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 drückt den Ausgang des Drehzahlregelkreises 4 als Fourier-Reihe mit einer beliebigen Anzahl Glieder aus, wobei eine Störungseingangsfrequenz der Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung 5 als Grundfrequenz verwendet wird, und berechnet die Amplitude und Phase einer Grundkomponente der Fourier-Reihe, um die Frequenzcharakteristik online zu berechnen.A servo control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 FIG. 10 is a block diagram illustrating the configuration of a servo control device according to an embodiment of the present invention. FIG. The servo control device 100 According to the embodiment of the present invention, a control device for a machine tool having a feed axis driven by a servo motor and includes a speed command generator 1 for generating a speed command value for a servomotor 20 , a torque command generator 2 for generating a torque command value for the servomotor 20 , a speed detector 3 for detecting the rotational speed of the servomotor 20 , a speed control loop 4 from the speed command generator 1 , the torque command generator 2 and the speed detector 3 consists of a sine sweep input device 5 for performing a sine sweep on the speed control loop 4 and a frequency characteristic calculating means 6 to estimate the gain and phase of speed loop input and output signals based on the output of the speed loop 4 if a sinusoidal disturbance in the speed control loop 4 the servo control device 100 is entered. The frequency characteristic calculator 6 presses the output of the speed control loop 4 as a Fourier series with any number of terms, with a noise input frequency of the sine sweep input 5 is used as the fundamental frequency, and calculates the amplitude and phase of a basic component of the Fourier series to calculate the frequency characteristic online.

Als Nächstes wird der Betrieb der Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst erzeugt der Drehzahlbefehlsgenerator 1 den Drehzahlbefehlswert zum Antreiben des Servomotors 20 und gibt den Drehzahlbefehlswert an einen Addierer 10 aus. Der Addierer 10 addiert die von der Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung 5 eingegebene sinusförmige Störung zu dem Drehzahlbefehlswert, subtrahiert einen durch den Drehzahldetektor 3 erfassten Drehzahlerfassungswert des Servomotors 20 und gibt ein Berechnungsergebnis an den Drehmomentbefehlsgenerator 2 aus.Next, the operation of the servo control apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. First, the speed command generator generates 1 the speed command value for driving the servomotor 20 and gives the speed command value to an adder 10 out. The adder 10 adds the from the sine sweep input device 5 inputted sinusoidal disturbance to the speed command value subtracts one by the speed detector 3 detected speed detection value of the servomotor 20 and outputs a calculation result to the torque command generator 2 out.

Der Drehmomentbefehlsgenerator 2 erhält das Berechnungsergebnis vom Addierer 10 und gibt einen Drehmomentbefehl zum Antreiben des Servomotors 20 aus. Der Servomotor 20 betreibt eine Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) über einen Übertragungsmechanismus 30.The torque command generator 2 receives the calculation result from the adder 10 and gives a torque command for driving the servomotor 20 out. The servomotor 20 operates a drive device (not shown) via a transmission mechanism 30 ,

Der Drehzahlregelkreis 4 besteht aus dem Drehzahlbefehlsgenerator 1, dem Drehmomentbefehlsgenerator 2 und dem Drehzahldetektor 3.The speed control loop 4 consists of the speed command generator 1 , the torque command generator 2 and the speed detector 3 ,

Die Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung 5 führt den Sinus-Sweep am Drehzahlregelkreis durch. The sine sweep input device 5 performs the sine sweep on the speed control loop.

Die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 schätzt die Verstärkung und Phase der Drehzahlregelkreis-Eingangs- und Ausgangssignale anhand des Ausgangs des Drehzahlregelkreises 4, wenn die sinusförmige Störung in den Drehzahlregelkreis 4 der Servosteuervorrichtung 100 eingegeben wird. Des Weiteren drückt die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 den Ausgang des Drehzahlregelkreises 4 als Fourier-Reihe mit einer beliebigen Anzahl Glieder aus, wobei eine Störungseingangsfrequenz der Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung 5 als Grundfrequenz verwendet wird, und berechnet die Amplitude und Phase einer Grundkomponente der Fourier-Reihe, um Frequenzcharakteristika online zu berechnen.The frequency characteristic calculator 6 estimates the gain and phase of the speed loop input and output signals based on the output of the speed loop 4 when the sinusoidal disturbance in the speed control loop 4 the servo control device 100 is entered. Furthermore, the frequency characteristic calculating means pushes 6 the output of the speed control loop 4 as a Fourier series with any number of terms, with a noise input frequency of the sine sweep input 5 is used as the fundamental frequency, and calculates the amplitude and phase of a fundamental component of the Fourier series to calculate frequency characteristics online.

Die Servosteuervorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat eine Regelkreiskonfiguration zur Drehzahlsteuerung in ihrem Servosteuersystem. Die mechanischen Charakteristika des mit dem Servomotor 20 verbundenen Übertragungsmechanismus 30 werden im Drehzahlregelkreis direkt reflektiert.The servo control device 100 According to the embodiment of the present invention, a closed loop configuration has speed control in its servo control system. The mechanical characteristics of the servomotor 20 connected transmission mechanism 30 are directly reflected in the speed control loop.

Bei der Betrachtung eines Verfahrens zum Berechnen der Frequenzcharakteristika ist die Konfiguration des Drehzahlregelkreises selbst nicht wichtig, solange ein durch eine gestrichelte Linie angezeigter Abschnitt von 1 als System mit einer Eingangs-Ausgangs-Beziehung betrachtet wird. Daher ist nur die entsprechende Beziehung zwischen einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal des Drehzahlregelkreises, wie in 2 gezeigt, zu berücksichtigen. Beim Durchführen eines Frequenzdurchlaufs dient das Bestimmen eines stationären Verhaltens (steady-state response) des Ausgangssignals während einer schrittweisen Erhöhung der Sinusfrequenz des Eingangssignals dazu, die Frequenzcharakteristika zu erhalten.When considering a method for calculating the frequency characteristics, the configuration of the speed control circuit itself is not important as long as a portion indicated by a broken line of FIG 1 is considered as a system with an input-output relationship. Therefore, only the corresponding relationship between an input signal and an output signal of the speed control loop, as in 2 shown to be considered. In performing a frequency sweep, determining a steady-state response of the output signal during a stepwise increase in the sine frequency of the input signal serves to obtain the frequency characteristics.

Beim Durchführen des Frequenzdurchlaufs tritt beim Umschalten der Frequenz ein geringes Einschwingverhalten auf. Da die Frequenzcharakteristika als ”die Eingangs- und Ausgangs-Entsprechung eines stationären Verhaltens, wenn eine unbegrenzte Zeit verstrichen ist” definiert werden, wird in erwünschter Weise ein stationärer Zustand etabliert, um die Frequenzcharakteristika mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Um dies zu realisieren ist es notwendig, ”weiterhin eine Sinuswelle konstanter Frequenz einzugeben bis ein stationäres Verhalten etabliert ist” und ”die Etablierung eines stationären Zustands zu verifizieren”.When performing the frequency sweep occurs when switching the frequency low transient response. Since the frequency characteristics are defined as "the input and output correspondence of a stationary behavior when an infinite time has elapsed," a steady state is desirably established to calculate the frequency characteristics with high accuracy. To realize this, it is necessary to "continue to input a sine wave of constant frequency until stationary behavior is established" and "verify the establishment of a stationary state".

Zur Verifizierung der Etablierung eines stationären Verhaltens in Antwort auf eine Sinuswelle einer Frequenz F [Hz] ist es sinnvoll, dies durch eine Konvergenz der Schwingungsenergie gegen einen konstanten Wert in einer Periode T = 1/F [s] zu bestimmen. Mit anderen Worten, wenn E1, E2, ..., En jeweils die Energie eines Ausgangssignals v(t) in einer ersten Periode, einer zweiten Periode, ..., einer n-ten Periode repräsentieren, muss in einem stabilen Steuersystem die folgende Gleichung gelten.

Figure DE102016004775A1_0002
wobei T eine Periode ist.To verify the establishment of steady-state behavior in response to a sine wave of frequency F [Hz], it makes sense to determine this by converging the vibrational energy against a constant value in a period T = 1 / F [s]. In other words, when E 1 , E 2 , ..., E n respectively represent the energy of an output signal v (t) in a first period, a second period,..., An n-th period, must be in a stable Control system apply the following equation.
Figure DE102016004775A1_0002
where T is a period.

Im Wesentlichen ermöglicht das Bestimmen der Konvergenz einer Sequenz {En} die Verifizierung der Etablierung des stationären Verhaltens. Wie in 3 gezeigt, wird die Energie in jeder Periode berechnet und es wird angenommen, dass ein stationärer Zustand etabliert worden ist, wenn das Verhältnis En/En+1 er Energie in der aktuellen Periode zu demjenigen in der vorherigen Periode 1 beträgt. Auf diese Weise verifiziert die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 bevorzugt die Konvergenz des Ausgangs des Drehzahlregelkreises 4 gegen den stationären Zustand durch Überwachen der Energie einer Periode der Sinuswelle auf periodischer Basis. Die Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung 5 gibt bevorzugt weiterhin die Sinuswelle der konstanten Frequenz ein bis der Ausgang des Drehzahlregelkreises 4 den stationären Zustand erreicht, der durch die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 bestimmt wird. Faktisch kann ”ein Schwellenwert für die Bestimmung des stationären Zustands” in der Größenordnung von En/En+1 = 1 ± 0,05 unter Berücksichtigung von Variationen der Messpunkte definiert werden.In essence, determining the convergence of a sequence {E n } enables the verification of the establishment of steady-state behavior. As in 3 2, the energy is calculated in each period, and it is assumed that a steady state has been established when the ratio E n / E n + 1 is energy in the current period to that in the previous period 1. In this way, the frequency characteristic calculating means verifies 6 prefers the convergence of the output of the speed control loop 4 against steady state by monitoring the energy of a period of the sine wave on a periodic basis. The sine sweep input device 5 preferably further inputs the sine wave of the constant frequency to the output of the speed control loop 4 reached the stationary state by the frequency characteristic calculating means 6 is determined. In fact, "a threshold for determination of steady state" in the order of E n / E n + 1 = 1 ± 0.05 may be defined taking into account variations in the measurement points.

Wenn verifiziert worden ist, dass sich der stationäre Zustand etabliert hat, wird in der Annahme, dass sich die eine Periode unendlich wiederholt, nur eine Periode von v(t) herausgenommen und in die Fourier-Reihe erweitert. Die Fourier-Reihe wird wie folgt angegeben.

Figure DE102016004775A1_0003
wobei ω [rad/s] die Winkelfrequenz einer Grundwelle des Signals, V0 eine Gleichstromkomponente des Signals, T die Periode der Grundwelle und die anderen eine n-te harmonische Komponente repräsentieren. Die Koeffizienten an und bn werden als Ergebnis einer Extraktion harmonischer Komponenten erhalten, die Basissignalen cos(nωt) und sin(nωt) der Fourier-Reihe entsprechen und die Größe einer Cosinuskomponente bzw. einer Sinuskomponente der entsprechenden harmonischen Komponente repräsentieren.If it has been verified that the stationary state has established, assuming that the one period repeats indefinitely, only one period of v (t) is taken out and expanded into the Fourier series. The Fourier series is given as follows.
Figure DE102016004775A1_0003
where ω [rad / s] represents the angular frequency of a fundamental wave of the signal, V 0 a DC component of the signal, T the period of the fundamental wave and the others an n-th harmonic component. The coefficients a n and b n are obtained as a result of extraction of harmonic components, the base signals correspond cos (nωt) and sin (nωt) the Fourier series, representing the size of a cosine component or a sine component of the corresponding harmonic component.

Die Fourier-Koeffizienten an und bn können durch Integrieren eines Produkts des Ausgangssignals und einer Cosinuswelle bzw. eines Produkts des Ausgangssignals und einer Sinuswelle über eine gesamte Periode erhalten werden. Die Integration über nur eine gesamte festgelegte Periode erfordert deutlich weniger Berechnungen als die Fourier-Transformation und kann daher wesentlich leichter durch einen DSP online durchgeführt werden.The Fourier coefficients a n and b n can be obtained by integrating a product of the output signal and a cosine wave or a product of the output signal and a sine wave over an entire period. The integration over only a whole specified period requires much less computation than the Fourier transform and therefore can be done much easier through a DSP online.

Durch Berechnen der Fourier-Reihe mit einer beliebigen Anzahl Glieder N, wann immer die Frequenz umgeschaltet wird, werden die Amplitude c1(ω) und Phase θ1(ω) der Grundwelle als die Frequenzcharakteristika in folgender Form erhalten.

Figure DE102016004775A1_0004
wobei cn die Amplitude einer n-ten Oberschwingung repräsentiert und θn die Phase der n-ten Oberschwingung ist.By calculating the Fourier series with an arbitrary number of terms N whenever the frequency is switched, the amplitude c 1 (ω) and phase θ 1 (ω) of the fundamental wave are obtained as the frequency characteristics in the following form.
Figure DE102016004775A1_0004
where c n represents the amplitude of an nth harmonic and θ n is the phase of the nth harmonic.

Das Ausgangssignal manifestiert sich als Spannungswelle. Gesetzt den Fall, dass das Ausmaß der Nähe der Spannungswelle zu einer Sinuswelle eine Nichtlinearität repräsentiert, kann die Nichtlinearität immer dann bewertet werden, wenn die Frequenz auf einer Frequenz-für-Frequenz-Basis umgeschaltet wird. Hinsichtlich eines Vergleichs zwischen der Grundwelle und den Oberschwingungen ist es von einem physikalischen Gesichtspunkt aus sinnvoll, den folgenden Verzerrungsfaktor zu verwenden.The output signal manifests itself as a voltage wave. Assuming the case that the degree of proximity of the voltage wave to a sine wave represents nonlinearity, the non-linearity can be evaluated every time the frequency is switched on a frequency-by-frequency basis. With regard to a comparison between the fundamental wave and the harmonics, it makes sense from a physical point of view to use the following distortion factor.

Figure DE102016004775A1_0005
Figure DE102016004775A1_0005

Als Verfahren zum Bewerten der Spannungswelle kann ein Formfaktor oder ein Scheitelfaktor anstelle des Verzerrungsfaktors verwendet werden. Die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 kann den Ausgang des Drehzahlregelkreises 4 als Fourier-Reihe mit einer harmonischen Komponente ausdrücken, die der Störungseingangsfrequenz entspricht, und die Nichtlinearität des Steuersystems durch eine Charakteristik bewerten, die das Verhältnis der enthaltenen harmonischen Komponente zur Grundkomponente ist, wie etwa der Verzerrungsfaktor.As a method of evaluating the voltage wave, a shape factor or a crest factor may be used in place of the distortion factor. The frequency characteristic calculator 6 can be the output of the speed control loop 4 as the Fourier series having a harmonic component corresponding to the noise input frequency, and to evaluate the non-linearity of the control system by a characteristic that is the ratio of the contained harmonic component to the fundamental component, such as the distortion factor.

Als Nächstes wird das Betriebsverfahren der Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf ein in 4 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben. Zunächst gibt die Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung 5 (siehe 1) in Schritt S101 eine sinusförmige Störung in den Drehzahlregelkreis 4 ein. Danach erfasst der Drehzahldetektor 3 in Schritt S102 die Drehzahl des Servomotors 20.Next, the operation method of the servo control apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG 4 shown flowchart described. First, there is the sine sweep input device 5 (please refer 1 ) In step S101, a sinusoidal disturbance in the speed control loop 4 one. Thereafter, the speed detector detects 3 in step S102, the rotational speed of the servomotor 20 ,

Danach erzeugt der Drehmomentbefehlsgenerator 2 in Schritt S103 einen Drehmomentbefehlswert anhand eines Drehzahlbefehlswerts und eines Drehzahlerfassungswerts. Danach integriert die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 in Schritt S104 das Quadrat des durch den Drehzahldetektor 3 erfassten Drehzahlerfassungswerts.Thereafter, the torque command generator generates 2 in step S103, a torque command value based on a speed command value and a speed detection value. After that, the integrated Frequency characteristic calculator 6 in step S104, the square of the speed detector 3 detected speed detection value.

Danach wird in Schritt S105 bestimmt, ob eine Integrationsperiode eine Periode der Sinuswelle erreicht hat. Wenn die Integrationsperiode keine Periode der Sinuswelle erreicht hat, kehrt der Betriebsablauf zu Schritt S104 zurück und die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 fährt damit fort, das Quadrat des Drehzahlerfassungswerts zu integrieren.Thereafter, in step S105, it is determined whether an integration period has reached one period of the sine wave. If the integration period has not reached a period of the sine wave, the operation returns to step S104 and the frequency characteristic calculating means 6 continues to integrate the square of the speed detection value.

Wenn hingegen die Integrationsperiode eine Periode der Sinuswelle erreicht hat, berechnet die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 in Schritt S106 die Schwingungsenergie En+1 einer Periode des Drehzahlerfassungswerts. Danach wird in Schritt S107 bestimmt, ob die Schwingungsenergie En in der vorherigen Periode der Schwingungsenergie En+1 in der aktuellen Periode innerhalb der Grenzen eines Schwellenwerts entspricht. Wenn die Schwingungsenergie En in der vorherigen Periode der Schwingungsenergie En+1 der aktuellen Periode innerhalb der Grenzen des Schwellenwerts (”Schwellenwert für die Bestimmung des stationären Zustands”) nicht entspricht, kehrt der Betriebsablauf zu Schritt S104 zurück und die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 fährt damit fort, das Quadrat des Drehzahlerfassungswerts zu integrieren.On the contrary, when the integration period has reached one period of the sine wave, the frequency characteristic calculating means calculates 6 in step S106, the vibration energy E n + 1 of a period of the speed detection value. Thereafter, it is determined in step S107 whether the oscillation energy E n in the previous period corresponds to the oscillation energy E n + 1 in the current period within the limits of a threshold value. When the vibration energy E n in the previous period does not correspond to the vibration energy E n + 1 of the current period within the limits of the threshold ("stationary state determination threshold"), the operation returns to step S104 and the frequency characteristic calculating means 6 continues to integrate the square of the speed detection value.

Wenn hingegen die Schwingungsenergie En in der vorherigen Periode der Schwingungsenergie En+1 in der aktuellen Periode innerhalb der Grenzen des Schwellenwerts entspricht, nimmt die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 in Schritt S108 an, dass die Schwingung des Drehzahlerfassungswerts mit einer entsprechenden Frequenz ein stationäres Verhalten angenommen hat. Danach berechnet die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 in Schritt S109 die Fourier-Koeffizienten an und bn einer Periode der Schwingung des Drehzahlerfassungswerts mit der entsprechenden Frequenz.On the other hand, when the vibration energy E n in the previous period corresponds to the vibration energy E n + 1 in the current period within the limits of the threshold value, the frequency characteristic calculating means takes 6 in step S108, the vibration of the speed detection value having a corresponding frequency has assumed a steady-state behavior. Thereafter, the frequency characteristic calculating means calculates 6 in step S109, the Fourier coefficients a n and b n of a period of oscillation of the speed detection value with the corresponding frequency.

Danach berechnet die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 in Schritt S110 die Amplitude c1 und Phase θ1 einer Grundwelle der Fourier-Reihe mit der entsprechenden Frequenz. Danach berechnet die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung 6 in Schritt S111 die Frequenzcharakteristika mit der entsprechenden Frequenz.Thereafter, the frequency characteristic calculating means calculates 6 in step S110, the amplitude c 1 and phase θ 1 of a fundamental wave of the Fourier series having the corresponding frequency. Thereafter, the frequency characteristic calculating means calculates 6 in step S111, the frequency characteristics with the corresponding frequency.

Danach aktualisiert die Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung 5 in Schritt S112 eine Eingangsfrequenz. Danach wird in Schritt S113 bestimmt, ob die Sinusfrequenz eines Eingangssignals einen Maximalwert überschritten hat. Wenn die Sinusfrequenz des Eingangssignals den Maximalwert überschritten hat, ist der sequentielle Betrieb abgeschlossen. Wenn hingegen die Sinusfrequenz des Eingangssignals den Maximalwert nicht überschritten hat, kehrt der Betriebsablauf zu Schritt S101 zurück und der sequentielle Betrieb wird neu gestartet.After that, the sine sweep input device updates 5 in step S112, an input frequency. Thereafter, it is determined in step S113 whether the sine frequency of an input signal has exceeded a maximum value. When the sine frequency of the input signal has exceeded the maximum value, the sequential operation is completed. On the other hand, if the sine frequency of the input signal has not exceeded the maximum value, the operation returns to step S101, and the sequential operation is restarted.

Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der Servosteuervorrichtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine Servosteuervorrichtung bereitzustellen, die die Funktion zum genauen Erhalten der Frequenzcharakteristika der Vorschubachse in Echtzeit online mittels eines Schwingungstests aufweist, der unter Verwendung eines an der Vorschubachse angebrachten Motors leicht durchzuführen ist.As described above, according to the servo control apparatus of the embodiment of the present invention, it is possible to provide a servo control apparatus having the function of accurately obtaining the frequency characteristics of the feed axis in real time online by means of a vibration test which is easy to perform using a motor mounted on the feed axis ,

Die vorliegende Erfindung hat gemäß den folgenden drei Aspekten große Bedeutung für herkömmliche Technologien.The present invention has great importance for conventional technologies in the following three aspects.

  • 1. Es wird ein Regelkreisaufbau für eine Vorschubachse bereitgestellt und der Ausgang des Regelkreises als Fourier-Reihe mit einer beliebigen Anzahl Glieder ausgedrückt. Obgleich die Fourier-Transformation nicht auf der Annahme der Periodizität von Objekten basiert, ist die Fourier-Reihe lediglich für periodische Signale verwendbar. Wenn ein Frequenzdurchlauf angewandt wird, wird ein Signal als periodisches Signal bestimmt, so dass es möglich ist, anhand einer Grundkomponente der Fourier-Reihe Frequenzcharakteristika zu messen (die Erfindung gemäß Anspruch 1).1. A feed-axis control loop structure is provided and the output of the loop is expressed as a Fourier series with any number of terms. Although the Fourier transform is not based on the assumption of periodicity of objects, the Fourier series is useful only for periodic signals. When a frequency sweep is applied, a signal is determined as a periodic signal, so that it is possible to measure frequency characteristics from a basic component of the Fourier series (the invention according to claim 1).
  • 2. Da die ursprüngliche Bedeutung der Frequenzcharakteristika die Amplituden- und Phasendifferenz einer Schwingung im stationären Zustand ist, ist es bevorzugt, die Etablierung eines stationären Zustands sicherzustellen. Zum Verifizieren einer Konvergenz einer Schwingung gegen den stationären Zustand wird die Energie der Schwingung auf periodischer Basis berechnet. Die Schwingung wird weiterhin mit einer konstanten Frequenz angelegt bis die Konvergenz gegen den stationären Zustand etabliert ist, wodurch die Messgenauigkeit verbessert wird (die Erfindung gemäß Anspruch 2).2. Since the original meaning of the frequency characteristics is the amplitude and phase difference of a steady-state vibration, it is preferable to ensure the establishment of a steady state. For verifying a convergence of a vibration against the steady state, the energy of the vibration is calculated on a periodic basis. The oscillation is further applied at a constant frequency until the convergence against the stationary state is established, thereby improving the measurement accuracy (the invention according to claim 2).
  • 3. Nichtlinearität manifestiert sich auch bei Verwendung der Fourier-Transformation nicht direkt in den Frequenzcharakteristika. Durch Berechnen der Fourier-Reihe bei jeder Frequenz und Vergleichen der Amplitude einer Grundkomponente mit der Amplitude einer harmonischen Komponente ist es jedoch möglich, die Nichtlinearität bei jeder Frequenz quantitativ zu bewerten (die Erfindung gemäß Anspruch 3).3. Nonlinearity does not manifest directly in the frequency characteristics even when using the Fourier transform. However, by calculating the Fourier series at each frequency and comparing the amplitude of a fundamental component with the amplitude of a harmonic component, it is possible to quantitatively evaluate the nonlinearity at each frequency (the invention according to claim 3).

Gemäß der Servosteuervorrichtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mittels des Schwingungstests, der sich unter Verwendung des an der Vorschubachse angebrachten Motors leicht durchführen lässt, die Frequenzcharakteristika der Vorschubachse mit hoher Genauigkeit in Echtzeit zu erhalten. According to the servo control apparatus of the embodiment of the present invention, it is possible to obtain the frequency characteristics of the feed axis with high accuracy in real time by means of the vibration test easily performed using the motor mounted on the feed axis.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • ”System Identification for Control by MATLAB”, verfasst von Shuichi Adachi, veröffentlicht 1996 von Tokyo Denki University Press, Seiten 89–114 und 115–151 [0003] "System Identification for Control by MATLAB", written by Shuichi Adachi, published in 1996 by Tokyo Denki University Press, pp. 89-114 and 115-151 [0003]

Claims (3)

Servosteuervorrichtung, die eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer durch einen Servomotor angetriebenen Vorschubachse ist und umfasst: – einen Drehzahlbefehlsgenerator (1) zum Erzeugen eines Drehzahlbefehlswerts für den Servomotor, – einen Drehmomentbefehlsgenerator (2) zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlswerts für den Servomotor, – einen Drehzahldetektor (3) zum Erfassen der Drehzahl des Servomotors, – einen Drehzahlregelkreis (4), der den Drehzahlbefehlsgenerator, den Drehmomentbefehlsgenerator und den Drehzahldetektor umfasst, – eine Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung (5) zum Durchführen eines Sinus-Sweep am Drehzahlregelkreis und – eine Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung (6) zum Schätzen der Verstärkung und Phase von Drehzahlregelkreis-Eingangs- und Ausgangssignalen anhand des Ausgangs des Drehzahlregelkreises, wenn eine sinusförmige Störung in den Drehzahlregelkreis der Steuervorrichtung eingegeben wird, – wobei die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung (6) den Ausgang des Drehzahlregelkreises als Fourier-Reihe mit einer beliebigen Anzahl Glieder ausdrückt, wobei eine Störungseingangsfrequenz der Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung (5) als Grundfrequenz verwendet wird, und die Amplitude und Phase einer Grundkomponente der Fourier-Reihe berechnet, um die Frequenzcharakteristika online zu berechnen.A servo control device which is a control device for a machine tool having a feed axis driven by a servo motor and comprises: a speed command generator (Fig. 1 ) for generating a speed command value for the servo motor, - a torque command generator ( 2 ) for generating a torque command value for the servo motor, - a speed detector ( 3 ) for detecting the rotational speed of the servo motor, - a speed control loop ( 4 ) comprising the speed command generator, the torque command generator and the speed detector, - a sine sweep input device ( 5 ) for performing a sine sweep on the speed control circuit and a frequency characteristic calculator ( 6 ) for estimating the gain and phase of speed loop input and output signals from the output of the speed control loop when a sinusoidal disturbance is input to the speed control loop of the control device, - wherein the frequency characteristic calculator means ( 6 ) expresses the output of the speed control loop as a Fourier series with an arbitrary number of terms, wherein a noise input frequency of the sine sweep input device ( 5 ) is used as the fundamental frequency, and the amplitude and phase of a fundamental component of the Fourier series are calculated to calculate the frequency characteristics online. Servosteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung (6) eine Konvergenz des Ausgangs des Drehzahlregelkreises gegen einen stationären Zustand durch Überwachen der Energie einer Periode einer Sinuswelle auf periodischer Basis verifiziert, und die Sinus-Sweep-Eingabeeinrichtung (5) weiterhin die Sinuswelle mit einer konstanten Frequenz eingibt bis die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung bestimmt, dass der Ausgang des Drehzahlregelkreises den stationären Zustand erreicht hat.A servo control apparatus according to claim 1, wherein said frequency characteristic calculating means (16) 6 ) verifies a convergence of the output of the speed control loop against a stationary state by monitoring the energy of a period of a sine wave on a periodic basis, and the sine sweep input device ( 5 ) continues to input the sine wave at a constant frequency until the frequency characteristic calculator determines that the output of the speed control loop has reached the steady state. Servosteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinrichtung (6) den Ausgang des Drehzahlregelkreises als Fourier-Reihe mit einer harmonischen Komponente ausdrückt, die der Störungseingangsfrequenz entspricht, und die Nichtlinearität eines Steuersystems durch eine Charakteristik bewertet, die das Verhältnis der enthaltenen harmonischen Komponente zur Grundkomponente ist.A servo control apparatus according to claim 1, wherein said frequency characteristic calculating means (16) 6 ) expresses the output of the speed control loop as a Fourier series having a harmonic component corresponding to the noise input frequency and evaluates the nonlinearity of a control system by a characteristic which is the ratio of the contained harmonic component to the fundamental component.
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